Ứng dụng mô hình số 3D trong tính toán hạ thấp mực nước ngầm công trình tiến bộ Plaza

Bài viết Ứng dụng mô hình số 3D trong tính toán hạ thấp mực nước ngầm công trình tiến bộ Plaza sử dụng mô hình số nước dưới đất 3D (MODFLOW) để thiết kế, tính toán và dự báo khả năng hạ thấp mực nước dưới đất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng mô hình số 3D trong tính toán hạ thấp mực nước ngầm công trình tiến bộ Plaza Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ 3D TRONG TÍNH TOÁN HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM CÔNG TRÌNH TIẾN BỘ PLAZA Nguyễn Trung Kiên1, Trần Xuân Sinh2, Đặng Xuân Trường2, Trần Vũ Long3 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: kiennt@tlu.edu.vn 2 Công ty Cổ phần AGEO 3 Khoa Địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất1. GIỚI THIỆU CHUNG Toàn bộ sự biến thiên độ cao mực nước Hầu hết các đô thị lớn nằm trong hệ thống dưới đất được mô tả bằng một phương trìnhquy hoạch các đồng bằng lớn trên thế giới đều đạo hàm riêng duy nhất, như sau:có những hoạt động xây dựng mạnh mẽ. Các  h    h   K xx    K yy  khu vực đồng bằng này bao gồm các trầm tích x  x  y  y không cố kết có hàm lượng nước dưới đất cao  h  hvà được kết nối thông qua hệ thống thủy lực   K zz   W  S s z  z  tvới các lớp nước bề mặt bên trên. Dự án TiếnBộ Plaza có quy mô 3 tầng hầm, hệ thống bể Trong đó:ngầm và công trình phụ trợ. Nền và các tầng + Kxx, Kyy, Kzz là các hệ số thấm theo cáchầm của tòa nhà được đặt trong lớp sét và cát hướng x, y và z (m/ngày). Chiều z là chiềucủa tầng chứa nước Holocen (qh). Việc hạ thấp thẳng đứng;mực nước dưới đất đóng vai trò quyết định + h là cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ởphục vụ quá trình thi công. Trong bài báo này, thời điểm t;tác giả sử dụng mô hình số nước dưới đất 3D + W là lưu lượng dòng chảy trên một đơn(MODFLOW) để thiết kế, tính toán và dự báo vị thể tích đặc trưng cho sự bổ cập hay thoátkhả năng hạ thấp mực nước dưới đất. đi của tầng chứa nước (m/ngày) ; + Ss = Ss(x,y,z) hệ số nhả nước đàn hồi,2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sy = Sy(x,y,z): hệ số nhả nước trọng lực; Trong nghiên cứu này, mô hình số 3D + t là thời gian (ngày).MODFLOW (Harbaugh, 2005) được sử dụng Phương trình trên mô tả động thái mực nướcđể thiết kế, tính toán và dự báo mức độ hạ trong điều kiện môi trường đồng nhất dịthấp mực nước dưới đất phục vụ thi công hướng. Cùng với các điều kiện biên, điều kiệnphần ngầm của dự án Tiến Bộ Plaza. ban đầu của tầng chứa nước tạo thành một mô hình toán học về dòng chảy nước dưới đất. 2.1. Cơ sở lý thuyết Để giải phương trình này, người ta phải Chuyển động của nước dưới đất được mô tìm hàm số h(x,y,z,t) thỏa mãn phương trìnhphỏng bởi phương trình vi phân đạo hàm trên và thỏa mãn các điều kiện biên. Sự biếnriêng. Nó được rút ra từ phương trình cân động của giá trị h theo thời gian sẽ xác địnhbằng khối lượng của nước trong thể tích phân bản chất của dòng chảy, từ đó có thể dự báobố tầng chứa nước và định luật thấm Darcy. động thái nước ngầm cũng như tính toán cácCác công thức của động lực học nước dưới hướng của dòng chảy. Việc tìm lời giải giảiđất được sử dụng trong tính toán là những lời tích h(x,y,z,t) chỉ khi nào miền thấm đượcgiải giải tích của phương trình vi phân đó. mô phỏng bằng sơ đồ toán học. Trong thực 191Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8tế, miền thấm có điều kiện biên rất phức tạp, + Mực nước ngầm cần hạ thấp theo thiếtdo đó người ta buộc phải giải bằng phương kế hố móng công trình là 21.5m. Do địapháp gần đúng. Một trong các phương pháp hình tại khu vực dự án được quy đổi về cốtgiải gần đúng được áp dụng rộng rãi là cao địa phương nên mặt đất tại khu vực dự ánphương pháp sai phân hữu hạn. được lấy với cao trình 0.0m; Khi áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn, + Chiều sâu mực nước ngầm ban đầu sokhông gian nghiên cứu được phân ra hay rời với mặt đất là 18m;rạc hóa thành nhiều ô. Trong mỗi ô, các giá trị + Diện tích hố móng: 24.000m2;tham gia vào phương trình được coi là không + Lượng mưa trung bình tại thành phố Hàđổi. Giá trị này xấp xỉ với giá trị thực tế. Nội : 2.300 mm/năm; + Kích thước ô lưới tính toán (độ chi tiết của mô hình số): từ 500500m đến 5m5m, và được làm dày tại khu vực dự án nhằm tăng độ chi tiết tính toán, khu vực xung quanh ô lưới có kích thước rộng hơn (hình 3); + Số lớp địa chất tính toán: 4 lớp. Việc phân chia các lớp trong mô hình dựa trên cơ sở phân chia các địa tầng Địa chất thủy văn tại thành phố Hà Nội (Trần Nghi, 1991) và khu vực dự án. Hình 1. Ô lưới và rời rạc hóa không gian (Harbaugh 2005) Kết quả h(x,y,z,t) sẽ là một lưới ô các giátrị h. Quá trình phân chia không gian thành cácô này được gọi là quá trình rời rạc hóa. Bằngcách này, người ta đưa phương trình đạo hàmriêng về một hệ phương trình tuyến tính. Sốphương trình tham gia tính toán bằng số các ô Hình 2. Gi ...